بخشی از مقاله
چکیده:
در این تحقیق، جداسازی صمغ دانههای مرمرشک و ریحان بوسیله امواج فراصوت به منظور یافتن روشی جدید برای جداسازی صمغ دانههای موسیلاژی، در جهت به حداقل رساندن مشکلات روش متداول برای اولین بار با موفقیت انجام شد. بدین منظور از سیستم Ultrasonic Probe استفاده گردید. روش فراصوت باعث افزایش درصد بازدهی صمغ در مورد هر دو دانه نسبت به روش متداول شد. افزایش شدت فرآیند منجر به تسریع فرآیند جداسازی و افزایش میزان بازدهی گردید. همچنین اعمال بیش از حد نیاز امواج فراصوت باعث کاهش خلوص و روشنایی - L value - صمغهای حاصل شد. در این روش مراحل سانتریفوژ و خالصسازی با الکل حذف گردید که علاوه بر کاهش زمان فرآیند و سهولت بالاتر فرآیند جداسازی، منجر به خلوص بیشتر محصول نهایی شد. بطور کلی این روش نقش خود را به عنوان جایگزین روش متداول به خوبی ایفا کرد و موانع و مشکلات روش متداول را به حداقل رساند.
واژه های کلیدی: امواج فراصوت، جداسازی، موسیلاژ، بازدهی، خلوص
مقدمه:
از میان تکنیکهای نو ظهور در صنعت غذا به "امواج فراصوت" به طور خاصی در سالیان اخیر توجه شده است. امواج فراصوت، امواج مکانیکی با فرکانس بالاتر از حد آستانه شنوایی انسان - بالاتر از - 16 kHz هستند. این امواج با سرعت خاصی که به ماهیت موج و مادهای که موج در آن منتشر میشود بستگی دارد، در سطح یا در توده ماده حرکت میکنند . - Soria et al., 2010 - امواج فراصوت در صنعت غذا بر اساس کاربردشان به دو دسته تقسیم میشوند: -1 امواج با فرکانس زیاد و توان کم: این امواج دارای فرکانس بالاتر از 100 kHz و شدت کمتر از 1Wcm-2 هستند، در نتیجه باعث تغییر فیزیکی و شیمیایی در ماده نمیشوند و بیشتر جهت آنالیز غذا به کار میروند. -2 امواج با فرکانسهای کم و توان زیاد: این امواج دارای شدت بالاتر از - 1Wcm-2معمولاً در محدوده - 10-1000Wcm-2 و فرکانس در محدوده 18-100kHz هستند.
این دسته از امواج فراصوت میتوانند خواص مواد را از طریق تولید فشارهای نامتقارن، تنش برشی و دمای بسیار بالا تغییر دهند . - Dolatowski et al., 2007 - نقایص و کاستیهای تکنولوژیهای استخراج موجود، مانند مصرف بالای انرژی - بیش از 70 درصد از کل انرژی مورد نیاز فرآیند - ، میزان بالای تولید CO2 و مصرف بالای مواد شیمیایی مضر، صنایع غذایی و شیمیایی را ناگزیر به یافتن تکنیکهایی نوین کرده که میزان حلال و انرژی کمتری را صرف میکنند. این تکنیکها به تکنیکهای سبز مشهور هستند. استخراج به وسیله امواج فراصوت از جمله این تکنیکها میباشد . - Chemat et al., 2011 - در سال 2010، حسینی پرور و همکاران، رفتار رئولوژیکی در سرعت های برشی مختلف صمغ استخراج شده از دانه ریحان را به عنوان تابعی از غلظت و دما بررسی کردند. در تحقیق دیگری در سال 2011، رضوی و همکاران خواص رئولوژیکی صمغ دانه مرمرشک را به عنوان تابعی از غلظت و دما بررسی کردند. در تحقیقی که در سال 2011 توسط باقریان و همکاران انجام گرفت، به منظور استخراج پکتین از گریپ فروت، روش متداول با روشهای UAE - استخراج به کمک امواج فراصوت - و MAE - استخراج به کمک امواج ماکروویو - مقایسه شد. هدف از این پژوهش یافتن روشی جدید برای جداسازی صمغ دانههای موسیلاژی به عنوان منبع بالقوهای از هیدروکلوئیدهای طبیعی و بومی، در جهت به حداقل رساندن مشکلات روش متداول بود.
مواد و روش ها:
آماده سازی دانه های مرمرشک جهت جداسازی صمغ: دانه های مرمرشک و ریحان از فروشگاه های محلی تهیه شده و مواد خارجی آن جدا شدند. سپس این دانه ها در زمان و دمای بهینه با نسبت ثابت با آب مقطر مخلوط شده و توسط همزن مغناطیسی بهم زده شدند تا حداکثر میزان تورم و جذب آب دانه ها حاصل گردد.
جداسازی صمغ به روش متداول:
دانهها پس از هیدراته شدن در نقطه بهینه، در مخلوطکن مدل National - ساخت ژاپن - با پرههای تراشنده قرار گرفته و به مدت 30 ثانیه تحت تنش مکانیکی قرار گرفت. چرخش این پرههای تیز، دانهها و صمغ اطراف آنها را بصورت یک مخلوط ناهمگن در آورده و مخلوط حاصل سپس تحت سانتریفیوژ با سرعت 5000 دور در دقیقه به مدت 20 دقیقه در دمای 25 درجه سانتیگراد توسط دستگاه سانتریفیوژ مدل SORVALL RC-5 - ساخت آمریکا - قرار گرفته تا محلول صمغ از دانههای شکسته شده جدا شود. سپس محلول صمغ از دانههای صمغگیری شده جدا شده و در آون در دمای 50 درجه سانتیگراد خشک، آسیاب و جهت آزمونهای بعدی در جای خشک و خنک نگهداری شد.
جداسازی صمغ به کمک امواج فراصوت:
بدین منظور طبق طرح حاصل از نرمافزار Design Expert، دانههای هیدراته شده در بازههای 1 تا 20 دقیقه، 5 تا 60 درجه سانتیگراد و توان 30 تا 150 وات به ترتیب از لحاظ زمان اعمال امواج فراصوت، دمای جداسازی و توان دستگاه، هر کدام در 5 سطح، جهت جداسازی در معرض امواج فراصوت قرار گرفتند. جهت این امر، از دستگاه فراصوت مدل Bandelin HD3200 - با فرکانس ثابت kHz20 و توان 30 تا - W 150، با پروب نوع Sonotrode long VS70T از جنس فولاد زنگ نزن دارای برنامه کنترل دمایی، استفاده شد. پس از پایان زمان فرآیند، محلول صمغ از دانههای صمغگیری شده، بوسیله الک فلزی جدا شده و در آون با دمای 50 درجه سانتیگراد خشک و آسیاب شده و جهت آزمونهای بعدی در جای خشک و خنک نگهداری شد.
تعیین میزان استحصال - درصد بازدهی - صمغ:
میزان استحصال صمغ حاصل از هر دو روش، از تقسیم وزن صمغ خشک شده حاصل، به وزن دانهها در هر تیمار جداسازی بدست آمد.
ارزیابی روشنایی صمغها:
جهت این امر از روش Lab بر اساس سیستم هانترلب استفاده شد. نمونههای خشک و آسیاب شده در ظروف مسطح پلاستیکی کاملا یکسان ریخته شده و در یک جعبه با محیط بسته سفید، توسط یک دوربین دیجیتال 10 مگاپیکسلی مدلYASHICA EZF1027، از آنها عکسبرداری شد. سپس با استفاده از نرم افزار فتوشاپ 12 پارامتر L مورد ارزیابی قرار گرفت . - Afshari-Jouybari & Farahnaky, 2011; Yam & Papadakis, 2004 -
بررسی ترکیب شیمیایی صمغها:
جهت اندازهگیری میزان رطوبت، مقدار مشخصی از نمونه، با دقت 0/001 گرم وزن شده و در آون الکتریکی، در دمای 105 نگهداری شد تا به وزن ثابت برسد. سپس با محاسبه اختلاف وزن اولیه و وزن نمونه پس از خشک شدن، میزان رطوبت بدست آمد. میزان پروتئین بوسیله دستگاه میکروکلدال مدل TECATOR KJELTEC AUTO 1030 ANALYZER ساخت کشور سوئد میزان پروتئین سنجیده شد. جهت اندازهگیری میزان خاکستر، ابتدا کپسول چینی را به مدت نیم ساعت در کوره با دمای 550 قرار داده و پس از خنک شدن در دسیکاتور وزن می شود. سپس 0/5 گرم از نمونه را به آن منتقل کرده و مجدداً وزن شد. پس از سوزاندن محتویات کپسول توسط شعله، آن را به کوره 550 انتقال داده تا خاکستر سفید رنگی ظاهر شود، سپس وزن گردید. بوسیله سه عدد توزین و فرمول، درصد خاکستر نمونه محاسبه شد . - AOAC, 1984 -
آنالیز آماری:
از روش سطح پاسخ و نرم افزار Design Expert نسخه6.02 جهت بررسی تاثیر سه متغیر توان امواج، زمان و دمای فرآیند بر کارایی جداسازی و پارامتر L استفاده شد. برای به حداقل رساندن تعداد نمونهها در تیمارها، از حالت D-Optimal mode استفاده شد و دادههای حاصل با استفاده از نرم-افزار تجزیه و تحلیل گردید. جهت تحلیل آماری دادههای آزمونهای آنالیز شیمیایی پس از آنالیز واریانس دادهها، از آزمون چند دامنه ای Duncan در سطح 5 درصد، در قالب یکطرح کاملاً تصادفی و توسط نرم افزار آماری SPSS 19 استفاده گردید. تمامی آزمون ها در 3 تکرار انجام گرفت.
نتایج و بحث:
میزان استحصال - درصد بازدهی - صمغ:
پس از تعیین نقاط بهینه دو دانه مورد مطالعه از لحاظ میزان تورم و هیدراتاسیون دانهها، این دو دانه جهت جداسازی صمغ، در معرض امواج فراصوت و تحت تأثیر سه پارامتر دما، زمان و توان این امواج قرار گرفتند. همچنین جداسازی این دو صمغ به روش متداول نیز انجام گرفت و با روش جدید مقایسه گردید. نمودار 1 نشانگر تأثیر توان امواج و زمان فرآیند، در دماهای ثابت 5 و 60 درجه سانتیگراد، بر روی درصد بازدهی صمغ دانه مرمرشک میباشد. همانطور که ملاحظه میشود، افزایش زمان و توان امواج به وضوح منجر به افزایش درصد بازدهی میگردند. افزایش دما اما تأثیر چندانی ندارد زیرا سطوح نمودارها در هر دو تقرباًی در یک وضعیت مشابه است. نکته حائز اهمیت این است که با وجود این که تأثیر دما بر میزان بازدهی در نمودار به روشنی مشخص نیست و وضعیت نمودارها حاکی از عدم تأثیر دما بر این شاخص است، اما در شدتهای پایین فرآیند از نظر زمان و توان امواج، افزایش دما بطور روشنتری منجر به افزایش درصد بازدهی صمغ دانه مرمرشک گردید. بطوری که درصد بازدهی صمغ حاصل از تیمار با توان 30 وات به مدت 1 دقیقه در دمای 5 درجه سانتیگراد، برابر با %0/92 بود،
در حالی که این میزان برای صمغ حاصل از تیمار با توان 30 وات به مدت 1 دقیقه در دمای 60 درجه سانتیگراد، به %2/16 رسید. درصد بازدهی صمغ دانه مرمرشک به روش متداول %12/35 بود، در صورتی که بالاترین درصد بازدهی به روش جداسازی با امواج فراصوت %16/66 بود که در توان 150 وات، زمان 20 دقیقه و دمای 5 درجه سانتیگراد حاصل شد و نشان از کارایی بالاتر این روش نسبت به روش متداول دارد. نکته مهم در این بحث این است که در شرایطی به مراتب ملایم تر از شرایط ذکر شده نیز، باز درصد بازدهی نسبت به روش متداول بالاتر است با این تفاوت که نیازی به اعمال شدتهای بیش از حد امواج فراصوت که تبعاتی منفی روی خواص عملکردی دارد، نمیباشد.
درصد بازدهی صمغ دانه ریحان نیز که در نمودار 2 نشان داده شده است، در یک دمای ثابت، با افزایش زمان و توان امواج فراصوت افزایش مییابد. در واقع با افزایش توان امواج، میزان تلاطم و جابجایی دانهها در حین جداسازی افزایش مییابد که این موضوع با افزایش زمان اعمال امواج فراصوت تشدید میگردد. در نتیجه دانهها بیشتر در تماس با پروب دستگاه و در نتیجه امواج فراصوت قرار گرفته و درصد بازدهی صمغ افزایش مییابد. بررسی دقیق نمودارها نشان میدهد که افزایش دما به میزان محدودی باعث بهبود روند جداسازی میگردد. درصد بازدهی صمغ دانه ریحان به روش متداول %18/09 بود، در صورتی که بالاترین درصد بازدهی به روش جداسازی با امواج فراصوت %22/87 بود که در اینجا نیز حاکی از کارایی بالاتر این روش نسبت به روش متداول میباشد. این درصد بازدهی در توان 150 وات، زمان 20 دقیقه و دمای 32/5 درجه سانتیگراد حاصل شد. در اینجا نیز میتوان در شرایطی به مراتب ملایمتر درصد بازدهی را نسبت به روش متداول افزایش داد، با این تفاوت که امواج فراصوت اضافی نیز به نمونهها اعمال نشود.
